如何用 Raspberry pi pico 做 I2C Slave？ 使用 MicroPython 與 Raspberry pi

MicroPython 標準函式庫裡提供的 I2C 模組，只能讓 Raspberry pi pico (RP2040) 做 I2C Master，如果今天要讓 pico 做 Slave 只能改用 C++ 函式庫。真的是這樣嗎？

本文是 AI 神經網路自走車 第三篇，分享如何用 MicroPython 來實現 I2C Slave，並且與 Raspberry pi 做溝通，就讓我們一起學習吧！

準備硬體元件

這次製作需要準備的材料為：

1. Raspberry pi pico
2. Raspberry pi

Step 1：使用開源的 I2CResponder

I2C Slave 的實現已經有神人分享 source code 在 github 上面

https://github.com/epmoyer/I2CResponder

大家可以直接把檔案 i2c_responder.py 複製到自己專案裡面，然後我們一步步開始實作。

Step 2：決定 pico 腳位

從 pico 的 pinout 來看，只要是藍色的都可以當作 I2C，而且內建兩組 I2C 供你使用。這邊以 I2C 0 的 GPIO 4, 5 來實作 （對應到 pin 6, 7）。

Step 3：決定 Raspberry pi 腳位

我們以 Raspberry pi 扮演 I2C Master 的角色，如果你手邊有其他的 SBC 也可以替換使用。我們選擇 I2C 1，也就是 GPIO 2, 3 來實作（對應 pin 3, 5）。

Step 4：連結兩者

用跳線將兩者 I2C 的 SCL、SDA 對接，記得也要共接地，不然訊號會過不去哦！

Step 5：Raspberry pi 啟用 I2C 硬體

需特別注意的是，Raspberry pi 預設不會啟動 I2C 1，所以我們需要到 raspi-config 做設定。在 console 裡下

sudo raspi-config

選擇 Interfacing Options

選擇 I2C

確認要 enable I2C

確認後即可啟用 I2C

Step 4：Raspberry pi 安裝 python-smbus

要在 Raspberry pi 的 python 環境下使用 I2C，需要先安裝 library。在 console 輸入

pip3 install python-smbus

Step 5 – 1：撰寫 MicroPython 測試接收

首先進入 pico 的 python console，依照我們使用的 I2C channel 以及 GPIO pin 號下去初始化 I2CResponder。I2C Slave 硬體位置我們以 0x50 為示例。

from i2c_responder import I2CResponder

channel = 0
sda_pin = 4
scl_pin = 5
addr = 0x50

i2c_slave = I2CResponder(channel, sda_pin, scl_pin, addr)

初始化完後，我們使用無窮迴圈來監聽 I2C 是否有收到資料，若有就分批把資料抓出來，每次最多抓五十個，最後再印出來

while True:
    data = []

    while i2c_slave.write_data_is_available():
        data += i2c_slave.get_write_data(50)

    print('receive data', data)

run 下去後，pico 就會在那邊等待，現在我們切換到 pi 那邊發出資料看看。

Step 5 – 2：從 Raspberry pi (I2C Master) 測試發送資料

一樣我們到 python console 下，用以下程式碼測試。其中

1. pico_addr 是我們在宣告 I2CResponder 指定的 slave address
2. reg_addr 可以自由給定，這邊以 0x01 為例
3. 我們以 write_block_data 一次寫入多筆數據測試看看

import smbus

channel = 1
pico_addr = 0x50
reg_addr = 0x01

i2c_master = smbus.SMBus(channel)
i2c_master.write_block_data(pico_addr, reg_addr, [0x30, 0x40, 0x50])

按下 enter 送出後，回到 pico console 如果看到印出以下訊息，表示成功接收！

研究收到的資料，其中：

1. 陣列第一個值表示 Master write 指令指定的 address，由於我們指定 0x01，所以這邊會顯示為 1
2. 陣列第二個值表示後面有多少個元素是這次 write 指令所帶的資料，因為我們發送 0x30, 0x40, 0x50，所以為 3
3. 後面為這次發送的資料

# [<reg_addr>, <data_count>, <data>, ...]
[1, 3, 30, 40, 50]

依照上述原則，如果今天收到以下資料，會是怎麼樣呢？

[1, 2, 32, 12, 5, 4, 32, 21, 23, 67]

解答：

總共收到兩筆 write 指令，分別為

[1, 2, 32, 12]
[5, 4, 32, 21, 23, 67]

1. 第一筆指令指定位置為 0x01，共帶入兩個資料
2. 第二筆指令指定位置為 0x05，共帶入四個資料

相對用 C++ 的 arduino 框架寫起來較為麻煩些，需要自行判斷資料斷點。

Step 6 – 1：撰寫 MicroPython 測試發送

剛剛我們測試了 pico I2C Slave 接收資料，但有時候也需要回傳資料到 Master。

流程上必須透過 Master 發出 Read 指令 Slave 才能回送資料，因此 C++ 的實現會透過監聽函數來處理。但 I2CResponder 只能透過迴圈不斷 polling，算是一個小缺點。

我們試著修改剛剛寫的無窮迴圈來實現

while True:
    if i2c_slave.read_is_pending():
        i2c_slave.put_read_data(0xFF)

run 下去後，pico 就會在那邊等待，現在我們切換到 pi 那邊接收資料看看。

Step 6 – 2：從 Raspberry pi (I2C Master) 測試接收資料

一樣我們到 python console ，用以下程式碼測試。

data = i2c_master.read_word_data(pico_addr, reg_addr)
print('receive', data)

按下 enter 後，如果看到印出以下表示成功

receive 255

Step 7：把接收和發送合併再一起

我們修改前面的 code，讓他在同一個迴圈內可以同時處理兩件事

def check_if_need_response():
    if i2c_slave.read_is_pending():
        i2c_slave.put_read_data(0xFF)

def check_receive():
    data = []
    while i2c_slave.write_data_is_available():
        data += i2c_slave.get_write_data(50)
    print('receive data', data)

while True:
    check_receive()
    check_if_need_response()

完成！這樣就能夠在 MicroPython 環境下讓 Raspberry pi pico 做 I2C Slave 了！如果覺得我文章內容對你有幫助的話，請在文章後面幫我按 5 個讚！讓我知道大家都喜歡什麼內容哦！

範例原始碼在此下載：github

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